-
HARZMISCHUNG ZUR HERSTELLUNG EINER
-
AUFLOSBAREN HEISSVERSIEGELUNG In starkem Maße werden synthetische
Harzfolien bei Verpackungsverfahren eingesetzt, wobei diese Folien um das Produkt
gelegt und dann, um dieses darin einzuschließen, heißversiegelt werden. In vielen
Fällen wird es angestrebt, die Verpackung dadurch zu öffnen, daß die versiegelte
Folie abgelöst wird. Dies muß im allgemeinen ohne vollständige Zerstörung der Folie
selbst erfolgen. Demzufolge ist es erforderlich, um eine zufriedenstellende Verpackung
dieses Typs zu schaffen, daß die Eigenschaften ausgewogen sind, d.h. die Ablösefestigkeit
muß geeignet sein, die Packung in einem verschlossenen und schützenden Zustand zu
halten, während dennoch die Eigenschaften, die bei dem Offenen durch Ab- bzw. Auflösen
in Erscheinung treten, zufriedenstellend sind.
-
Eine Vielzahl von Harzen sind im Handel erhältlich, die hervorragende
Heißversiegelungen über den praktischen Bereich
von Betriebsbedingungen
liefern. Hierfür typisch-sind Mischpolymerisate von Äthylen mit Vinylacetat (EVA),
Methylacrylat (EMA) und ähnliche äthylenisch ungesättigte Ester. Jedoch sind die
anhand derartiger Mischpolymerisate herstellten Verklebeungen von einer derartigen
Natur, daß das Trennen gewöhnlich nicht ohne Zerstörung der Folie vorgenommen werden
kann.
-
Es ist in der Vergangenheit vorgeschlagen worden, eine Heißversiegelungsschicht,
z.B. EVA mit dem Surlyn-Ionomer zu verschneiden, um dadurch die Festigkeit der Versiegelung
herabzusetzen und das Ablösen an der Grenzfläche zu erlauben. Wenngleich das mit
einem gewissen Erfolg möglich war, so litt dieser Vorschlag jedoch an dem ernsthaften
Nachteil des Auftretens von Streifigkeiten (Stringiness) bzw. von "Engelhaar", der
sich beim Auftrennen der Folie zeigte.
-
Kristalline, isotaktische. Polybutylenharze (synthetisiert aus dem
Buten-l-Monomer) hohen Molekulargewichts, von der Shell Chemical Corporation unter
dem Warenzeichen Witron erhältlich, sind für Anwendungen in Kombination mit anderen
Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen, bekannt. Auch ist es aus der US-PS
4,075,290 bekannt, daß hitzeversiegelbare Polymerisatmischungen unter Verwendung
von mindestens etwa 80 Gew.-% Polybuten-1 (hier als Buten-1 Polymerisat beschrieben)
mit bis zu etwa 20 % Äthylen-Propylen-Mischpolymerisat, Äthylen/Buten-1 -Mischpolymerisat
oder Polypropylen hergestellt werden können. Es sind jedoch, soweit ersichtlich,
Mischungen von heißversiegelbaren Mischpolymerisaten der genannten Art und Eigenschaften
vorher nicht in Kombination mit einem Polybutylenharz oder mit irgendwelchen anderen
Polymerisaten vorgeschlagen worden.
-
Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung neuer synthetischer Harzmischungen,
die zur Herstellung von auf lösbaren Heißversiegelungen geeignet sind und bei deren
Auftrennen keine Streifen oder "Engelhaar" entstehen lassen.
-
Des weiteren ist es Ziel der Erfindung, eine neue Folie sowie ein
hitzeversiegeltes Gebilde unter Verwendung derselben zu schaffen, dem eine derartige
Mischung einverleibt ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Harzmischung zur Herstellung
einer auflösbaren Heißversiegelung zwischen Substraten, auf denen sie sich befindet,
die gekennzeichnet ist durch a) etwa 50bis 90 Gew.-% eines Mischpolymerisats aus
etwa 80 bis 96 Gew.-% Äthylen und etwa 4 bis 20 Gew.-8 eines äthylenisch ungesättigten
Esters und b) umgekehrt etwa 10 bis 50 Gew.-% Polybutylen, wobei die Harzmischung
eine Heißverklebungstemperatur von etwa 71,1 bis 1490C (etwa 160 bis 3000 F), bestimmt
an den Verklebungsklemmbacken, aufweist und eine Ablösefestigkeit von 0,136 bis
1,361 kp (etwa 0,3 bis 3 lbs) liefert.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Harzmischung
etwa 60 bis 80-Gew.-% Mischpolymerisate und etwa 20 bis 40 Gew.-E Polybutylen. Die
Heißversiegelungstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 82,2 bis 104,40 C (etwa 180
bis 2200 F). Die Ablösefestigkeit liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,227 bis 0,68
kp (etwa 0,5 bis 1,5 lbs).
-
Es ist ideal, wenn das Comonomer, das mit Äthylen polymerisiert wird,
Vinylacetat und/oder Methylacrylat ist.
-
In gewissen Fällen liefert ein Mischpolymerisat, das etwa 12 bis 14
Gew.-% Vinylacetat enthält und etwa 80 bis 85 Gew.-%
der Mischung
ausmacht, besonders vorteilhafte Ergebnisse.
-
In anderen Fällen liefert ein Mischpolymerisat, das etwa 4,5 Gew.-%
Vinylacetat enthält, in einer Mischung, die eine gewisse Menge eines Pfropfmischpolymerisats
aus einem ungesättigten, ringverschmolzenen Carbonsäureanhydrid auf Polyäthylen
hoher Dichte enthält, hervorragende Effekte.
-
Wenn das Comonomer Methylacrylat ist, enthält das Mischpolymerisat
zweckmäßigerweise etwa 80 Gew.-% Äthylen und etwa 20 Gew.-% Methylacrylat und macht
etwa 80 bis 85 Gew.-t der Mischung aus. Schließlich handelt es sich vorzugsweise
bei dem Polybutylen, das in der Mischung verwendet wird, um ein flexibles, kristallines
isotaktisches Polymerisat hohen Molekulargewichts, einer Dichte von etwa 0,91 und
eines Schmelzindex von etwa 0,4 bis 20. Ganz besonders bevorzugt ist der Schmelzindex
von etwa 1,0.
-
Ganz besonders wird die Zielsetzung der Erfindung in einer Folie verwirklicht,
die aus einem Substrat und der vorstehend beschriebenen Harzmiscbung besteht, wobei
die Substrate typischerweise aus Polyäthylen und Nylon hoher Dichte bestehen. Im
allgemeinen hat die Folie eine Gesamtstärke von etwa 3,175 x 10 3 cm bis 6,35 x
10 3 cm (etwa 1,25 bis 2,5 mils). Die Schicht aus der Mischung macht etwa 10 bis
30 % ihrer Stärke aus. Normalerweise stellt die Folie ein Coextrudat der Harzmischung
und des Substrats dar.
-
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen noch näher erläutert
werden.
-
Beispiel 1 Polybutylen (Witron 1600A), das einen Schmelzindex von
etwa 1,0 und eine Dichte von etwa 0,91 aufwies und eine kleine Menge eines Antihaftmittels
enthielt, wurde in einem Trommelmischer mit einem mehrerer heißversiegelbarer Mischpolymerisatetrocken
gemischt. Die erhaltene Mischung wurde (bei einer
Formtemperatur
von etwa 204,40 C (400° F) mit einem Polyäthylenharz- hoher Dichte über eine runde
Form zu einer Blasenform coextrudiert, um auf diese Weise aus dem Coextrudat eine
geblasene Folie einer Stärke von etwa 5,08 x 10 3 cm (etwa 2 mils) herzustellen,
wobei die Harzmischung etwa 15 % der Stärke ausmachte.Nach dem Kühlen wurden 2,5
cm breite Streifen aus der Folie an Stellen quer zu ihrer Breite geschnitten, um
auf diese Weise sicherzustellen, daß repräsentative Proben erhalten wurden. Entgegengesetzte
Seiten der Proben wurden dann zusammen mit den Harzmischungsschichten unter zusammensetzendem
Kontakt heißversiegelt, wobei ein Druck von 2,8 kp/cm (40 psi) angewandt und eine
Verweilzeit von etwa einer halben Stunde gewählt wurde. Fünf Proben dieser Folien
wurden bei mehreren Klemmbackentemperaturen versiegelt und dann die Ablösefestigkeit
durch Abziehen quer über die Versiegelung analytisch untersucht, wobei ein herkömmliches
Zug-(Festigkeits-) Prüfgerät eingesetzt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse ergeben
sich aus der Tabelle I: Tabelle I MISCHPOLYMERISAT Typ % Comonomer % der Mischung
Temp.°C (OF) Festigkeit kp (LBS) EVA 12 80 110 (230) 0,18 (0,4) 118,3 (245) 0,77
(kr7) 129,4 (265) 1,36 (3,0) EVA 14 80 107,2 (225) 0,136 (0'3) 110,0 (230) 0,227
(0 r5) 126,7 (260) 0,77 (kr7) 157,2 (315) 1,36 (3,0) EMA 20 80 101,7 (215) 0,136
(0,3) 104,4 (220) 0,77 (0 ,7) 107,2 (225) 0,68 (1 r5) 112,8 (235) 0,86 (1 B) 121,1
(250) 1,45 (3,2)
Aus der obigen Tabelle ist es ersichtlich, daß
das Comonomer, auf das Bezug genommen wird, entweder Vinylacetat oder Methylacrylat
ist und daß das Polybutylen die verbleibenden 20 % der Mischung ausmacht. Die Ablösefestigkeit,
die für jede Temperatur angegeben wird, stellt einen Durchschnittswert dar, der
bei fünf getesteten Proben erhalten wurde. In keinem Fall wurde Strelfigkeit beim
Ablösen beobachtet, Beispiel 2 Das Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt,
wobei jedoch eine Folie einer Stärke von. 6,35 x 10 3 cm (2,5 mils) eingesetzt wurde,
die aus 55 % Plexar II, 30 % Nylon und (als heißversiegelbare Schicht) 15 % Polybutylen
enthaltendes Plexar I bestand. Die Plexar-Harze sind im Handel von der Chemplex
Company of Rolling Meadows, Illionois, erhältlich und werden in der US-PS 4087587
und 4087588 beschrieben.
-
Plexar 1 ist im wesentlichen ein EVA-Mischpolymerisat mit einem Vinylacetatgehalt
von etwa 4,5 Gew.-*, das jedoch eine Menge eines Pfropfmischpolymerisats eines ungesättigten,
ringverschinolzenen Carbonsäureanhydrids auf Polyäthylen hoher Dichte enthält. In
diesem Beispiel betrugen die Anteile des Polybutylens und des Mischpolymerisats
(Plexar) in der Mischung etwa 15 bzw. 85 %. Die Proben wurden zusammen unter Verwendung
des Heißversiegelgeräts 12 ASL (Sentinel Heat Sealer, Model 12ASL), hergestellt
von Packaging Industries Incorporated, Hyannis, Massachusetts, heißversiegelt, wobei
es sich um dieselbe Ausrüstung handelt, die im Beispiel 1 verwendet wurde. Das Heißversiegelgerät
hatte eine Metallklemmbacke und eine Gummiklemmbacke.
-
Beide Klemmbacken wurden erhitzt. Beide waren mit einer Teflonüberdeckung
versehen. Die erhaltenen Ergebnisse finden sich in der nachfolgenden Tabelle II.
-
Tabelle II Temperatur OC (OF) Festigkeit in kp (LBS) 99 » (210) 0,136
(03) 104,4 (220) 0,363 (0,8) 115,6 (240) 0,680 (1,5) 121,1 (250) 0,726 (kr6) 126,7
(260) 02771 (17) 132,2 (270) 0,771 (17) 149 (300) 0,816 (1,8) Während der äthylenisch
ungesättigte Ester des verwendeten Mischpolymerisats beliebiger Art sein kann, der
jedoch zu einer Mischung mit den vorgenannten aufgezählten Eigenschaften führen
muß, werden Vinylacetat und Methylacrylat bevorzugt. Eine möglicher Alternative
ist jedoch zum Beispiel Athylacrylat. Die Menge und die Natur des Esteranteils legt,
bis zu einem gewissen Ausmaß, die optimale Heißverklebungstemperatur und die Behandlungskennzeichnen
der Mischung fest, welche daher der Harzzusammensetzung unter praktischen Gesichtspunkten
Beschränkungen auferlegt. Es sollte jedoch erkannt werden, daß die Folie im Idealfall
auf einem handelsüblichen Gerät über einen Bereich von etwa 2220C (etwa 400 F-)
und bei den hier genannten Temperaturen einsetzbar ist, was etwas von der Stärke
der eingesetzten Folie und dem besonderen Substrat abhängt (z.B. kann Nylon eine
höhere Versiegelungstemperatur als Poläthylen erfordern, da es einen größeren Isoliereffekt
zeigt). Während eine Klemmbackentemperatur von 1490 C (3000 F) im allgemeinen unter
praktischen Gesichtspunkten eine obere Begrenzung darstellt, können dennoch höhere
Temperaturen gewählt werden, solange die Folie nicht durch die einwirkende Hitze
zerstört wird und solange der sich einstellende Anstieg der Ablösefestigkeit akzeptabel
ist. In den meisten Fällen wird eine obere Temperatur von 1210 C (2500 F) bevorzugt,
wobei eine Temperatur von 104,4° C
(220° F) ganz besonders bevorzugt
wird.
-
Es wird angenommen, daß die Zusammensetzung des eingesetzten Polybutylenharzes
beträchtlich schwanken kann und dennoch die vorstehend genannten Vorteile liefert,
solange es zumindest etwas mit dem in der Mischung verwendeten Mischpolymerisat
inkompatibel ist. Wenngleich der theoretische Hintergrund des beobacheteten Effekts
nicht vollständig geklärt ist, so wird dennoch die Hypothese aufgestellt, daß das
Polybutylen auf der Oberfläche der Heißversiegelungsschicht Unstetigkeiten hervorruft,
an denen ein Verbinden unter den Versiegelungsbedingungen nicht auftritt. Das begünstigt
nicht nur, verbunden mit der Natur des Polybutylenharzes, ein leichtes Ablösen,
sondern vermeidet auch die Streifigkeit, die bei den zum Vergleich heranziehbaren
bekannten Materialien ein Charakteristikum ist.
-
Ersichtlich schafft die Erfindung eine neue synthetische Harzmischung,
die imstande ist, eine auflösbare Heißversiegelung zu schaffen, bei deren Auflösen
keine Streifen oder "Engelhaar" auftreten. Des weiteren wird eine neue Folie und
ein heißversiegeltes Gebilde, bei dem dieselbe eingesetzt wird, geschaffen, wobei
eine derartige Mischung einverleibt ist.